CN103731345B - 一种网络报文处理方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于网络设备技术领域，涉及一种网络报文处理方法及设备。一种网络报文处理方法，包括网络报文接收步骤和网络报文发送步骤，网络报文接收步骤包括：网卡驱动模块从DMA接收网络报文；当网络报文的报文类型存在注册进程，解析和移除网络报文中的厂商标识；将网络报文的厂商标识的解析结果和经移除厂商标识的网络报文发送至用户层。本发明创造了一条独立于操作系统网络协议栈的通道，不会对三层或不关注底层信息的软件开发产生任何的影响；特别适用于带有芯片厂商标识的网络报文。

Description

一种网络报文处理方法及设备

技术领域

本发明适用于网络设备技术领域，尤其涉及一种网络报文处理方法及设备。

背景技术

现在阶段类似于二层或三层管理型交换机在Linux平台上的开发过程经常会遇到一个问题：对于某些二层网络协议，如RSTP（rapid spanning Tree Protocol，快速生成树协议），或GVRP（Generic Attribute Registration Protocol，通用属性注册协议）等的开发，上层软件如何去获知其协议报文硬件上的接收端口等底层信息；一些芯片厂商给出的解决方法是：让交换芯片修改发往CPU（Central Processing Unit，中央处理器）的报文结构，在报文类型字段的前面插入若干个字节的厂商标识以包含该报文经过交换芯片之后的底层信息（接收端口，接收原因，Qos等）。但这同时又带来了另一个开发上面的难题，因为芯片厂商的标识改变了报文的标准结构，所以导致Linux的网络协议栈无法正常的识别和处理该类报文。

目前在交换机上，二层协议开发最常用的报文处理方法有两种：

一种方法是将附带有芯片厂商标识的报文直接送上协议栈，上层应用以原始套接字接收之后移除厂商标识，并检查是否为属于该协议的报文，然后再解析厂商标识涵盖的相关信息来进行后续处理。这样做的好处就是底层开发简单，但坏处也很明显：上层应用过多的接收不属于自己协议的报文，导致产生很多的空操作，浪费CPU资源；且不同的开发人员对厂商标识的理解可能也不一样，导致协议开发连续性不是很好；再者，协议开发过程对报文的收发处理都不能使用标准模式去处理，加大了软件开发的难度和工作量。

另一种方法是底层驱动将所有报文的芯片厂商标识移除，并解析成上层应用所关注的信息。然后将这些信息存储于SKB结构体中，再配合以特定的接口函数来获取。这种方法相比于上一种的好处在于：对于不关注底层信息的上层应用开发，不再受到厂商标识的干扰，且不同的报文处理采用不同的接口函数，各上层应用产生空操作的机率很小。但是该方法也同样存在一定的问题：因为芯片厂商标识移除处理之后的信息存储于SKB结构体之中，上层应用只能通过一些特定的方式或者自定义的函数接口才能获取到这部分信息，而这些函数接口需要开发者自行定义或修改内核中相关网络协议栈处理部分才能可行，这很大程度的增加了之后协议移植的难度。

如上所述，现有二层协议开发对附带厂商标识的报文处理方法主要存在以下问题：1）附带的厂商标识改变了网络报文的基本结构，导致系统网络协议栈无法正常识别而不能采用标准的报文处理方式来进行收发处理，加大了上层应用的开发难度与工作量；2）上层应用获取厂商标识所提供底层信息的方式复杂，且内核部分函数接口的增加与修改需要相对较高的技术水平与经验，不利于应用和协议在各项目之间的移植，导致代码通用性下降。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种网络报文处理方法，解决以上技术问题；

本发明的目的还在于，提供一种网络报文处理设备，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种网络报文处理方法，包括网络报文接收步骤和网络报文发送步骤，其中，所述网络报文接收步骤包括：

网卡驱动模块从DMA接收网络报文；

当从DMA接收到的报文类型存在注册进程，解析和移除从DMA接收到的网络报文中的厂商标识；

将从DMA接收到网络报文的厂商标识的解析结果和经移除厂商标识的网络报文发送至用户层。

优选地，当从DMA接收到的报文类型存在注册进程，解析和移除从DMA接收到的网络报文中的厂商标识，具体是：

检查从DMA接收到的报文类型是否存在已注册进程；

当所述从DMA接收到的报文类型存在已注册进程，将从DMA接收到的报文中的厂商标识解析成上层软件所需要的数据结构体，将移除厂商标识的网络报文转换成以太网格式报文。

优选地，所述将从DMA接收到的报文中的厂商标识解析成上层软件所需要的数据结构体，具体是解析报文中的厂商标识，获得所述从DMA接收到的网络报文的底层信息，将所述底层信息组合成上层软件所需要的数据结构体。

优选地，所述将从DMA接收到网络报文的厂商标识的解析结果和经移除厂商标识的网络报文发送至用户层，具体是：

将从DMA接收到网络报文的厂商标识的解析结果和经移除厂商标识的网络报文组合成一个数据段；

通过netlink套接字将所述数据段发送至已注册的用户层进程。

优选地，所述网络报文发送步骤包括：

接收来自用户层的网络报文和底层信息；

将底层信息转换成厂商标识；

将厂商标识插入到来自用户层的网络报文，然后发送至DMA。

优选地，还包括注册和注销进程步骤，具体是：

注册进程是指将相互对应的报文类型和进程ID加入到报文类型注册链表；

注销进程是指从报文类型注册链表删除相互对应的报文类型和进程ID。

本发明还提供一种网络报文的处理设备，包括内核层的网卡驱动模块，所述内核层的网卡驱动模块包括：

报文类型注册与检测模块，用于注册和注销进程、检查从DMA接收到的报文类型是否存在已注册进程；

厂商标识解析模块，用于将从DMA接收到的报文中的厂商标识解析成上层软件所需要的数据结构体；

与用户层通信接口，用于网卡驱动模块与用户层的数据传输。

优选地，所述内核层的网卡驱动模块还包括厂商标识重组模块，用于将从用户层接收到的底层信息转换成厂商标识，并将厂商标识插入到从用户层接收到的网络报文。

优选地，所述与用户层通信接口用以从用户层接收或发送netlink套接字。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明创造了一条独立于操作系统网络协议栈的通道，不会对三层或不关注底层信息的软件开发产生任何的影响；特别适用于带有芯片厂商标识的网络报文。

附图说明

图1为一种网络报文处理方法的网络报文接收流程图；

图2为一种网络报文处理方法的网络报文发送流程图；

图3为图1的一种具体实施例的网络报文接收过程流程图；

图4为一种网络报文处理设备的结构示意图；

图5为一种网络报文处理设备的网络报文接收结构示意图；

图6为一种网络报文处理设备的网络报文类型的注册和注销过程结构示意图；

图7为一种网络报文处理设备的网络报文发送结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图1、图2、图3，本发明公开了一种网络报文处理方法，包括网络报文接收步骤和网络报文发送步骤，其中，参照图1，网络报文接收步骤包括：

步骤s11:网卡驱动模块从DMA（Direct Memory Access，直接内存访问控制器）接收网络报文；

步骤s12:当从DMA接收到的报文类型存在注册进程，解析和移除从DMA接收到的网络报文中的厂商标识；

步骤s13:将从DMA接收到网络报文的厂商标识的解析结果和经移除厂商标识的网络报文发送至用户层。

本发明在网络报文处理过程中，依据报文类型用以识别接收到的网络报文,检查从DMA接收到的报文类型是否存在已注册进程，如果不存在注册进程，可以移除从DMA接收到的网络报文中的厂商标识，将网络报文发往系统核心网络的协议栈执行标准的网络报文处理流程；当从DMA接收到的报文类型存在注册进程时，则可以解析和移除从DMA接收到的网络报文中的厂商标识，将从DMA接收到网络报文的厂商标识的解析结果和经移除厂商标识的网络报文发送至用户层，上层进程通过用户层获取网络报文数据及厂商标识所提供的底层信息。本发明创造了一条独立于操作系统网络协议栈的通道，不会对三层或不关注底层信息的软件开发产生任何的影响；特别适用于带有芯片厂商标识的网络报文。

作为本发明的一种优选实施例，本发明还可以包括注册进程步骤，注册进程是指将相互对应的报文类型和进程ID加入到报文类型注册链表；用于给网卡驱动模块的报文类型注册链表添加结点，以此来开启网卡驱动模块中对各报文检测模块的调用。报文类型被网卡驱动模块用以区分需要识别的网络报文类型，进程ID是netlink套接字将协议报文发送到用户层进程时的唯一索引。

作为本发明的一种优选实施例，本发明还可以注销进程步骤，注销进程是指从报文类型注册链表删除相互对应的报文类型和进程ID。注销进程步骤用于给网卡驱动模块1的报文类型注册链表删除结点，以此来关闭网卡驱动模块1中对各报文检测模块的调用。

注册进程步骤和注销进程步骤可以避免上层应用未启动或已关闭时，网卡驱动模块产生的不必要的操作。

作为本发明的一种优选实施例，当从DMA接收到的报文类型存在已注册进程，依据芯片厂商提供的资料将从DMA接收到的网络报文中的字节型的厂商标识解析成上层软件所需要的数据结构体，具体通过解析报文中的厂商标识，获得从DMA接收到的网络报文的底层信息，底层信息可以包括接收端口，Qos（Quality of Service，服务质量）等信息；然后将底层信息组合成上层软件所需要的数据结构体，将移除厂商标识的网络报文转换成以太网格式报文，例如可以转换为标准以太网格式报文。

作为本发明的一种优选实施例，将从DMA接收到网络报文的厂商标识的解析结果和经移除厂商标识的网络报文组合成一个数据段，优选可以采用转换后的以太网格式报文与上述的数据结构体组合成新的数据段，得到netlink报文结构；通过netlink套接字将数据段发送至已注册的用户层进程；上层软件可以调用用户层接口模块，读取netlink报文结构，得到标准以太网格式报文和包含底层信息的数据结构体。

参照图3，本发明的一种具体实施例，本发明大致的工作流程可以如下：网卡驱动模块1从DMA接收到原始网络报文，检查该报文类型是否存在注册进程，如果存在已注册进程，则将该报文的厂商标识进行解析和移除，组合成特定的netlink报文结构，再通过netlink套接字发送给该协议进程，上层进程通过用户层获取报文数据及厂商标识所提供的底层信息；

反之，如果不存在注册进程，则移除厂商标识，并发往系统核协议栈走标准网络报文处理流程。

处理方式与标准网络报文处理方法相似；不同的地方在于该类接口不仅能收发标准的网络报文，同时还能获取或指定报文的底层信息（收发端口，Qos等）。

作为本发明的一种优选实施例，参照图2，网络报文发送步骤包括：

步骤s21:接收来自用户层的网络报文和底层信息；

步骤s22:将底层信息转换成厂商标识；

步骤s23:将厂商标识插入到来自用户层的网络报文，然后发送至DMA。

网络报文发送过程是相对于接收过程的一个逆过程，适用于将报文发送到指定端口、指定报文优先级或发送Double Tag报文等情况,Double Tag报文是指带双层VLAN Tag的报文。具体实现流程如下：

首先上层软件调用用户层,通过用户层将标准以太网格式报文和为该报文指定的底层信息（包括接收端口、Qos、外层VLAN等）同时发送给网卡驱动模块，网卡驱动模块中得到两部分数据后进行报文重组；将上层软件指定的数据结构体依据芯片厂商的标准转换为字节型的厂商标识，再把厂商标识插入到标准格式的报文之中，然后通过DMA控制器发送出去。

参照图4、图5、图6、图7，本发明还提供一种网络报文的处理设备，用于实施上述的网络报文的处理方法，包括内核层的网卡驱动模块1，内核层的网卡驱动模块1包括：

报文类型注册与检测模块11，用于注册和注销进程、检查从DMA接收到的报文类型是否存在已注册进程；

厂商标识解析模块12，用于将从DMA接收到的报文中的厂商标识解析成上层软件所需要的数据结构体；

与用户层通信接口，用于网卡驱动模块与用户层的数据传输。作为本发明的进一步改进，与用户层通信接口可以包括netlink套接字的发送端口13，还可以包括netlink套接字的接收端口14，用以从用户层接收或发送netlink套接字。

作为本发明的一种优选实施例，包括用户层的用户层接口模块2，用户层接口模块2包括接收接口22，使用时，可以通过netlink套接字的发送端口13将netlink报文结构发送给用户层接口模块2已注册的用户层进程；上层软件调用接收接口22读取netlink报文结构，由此可以得到标准以太网格式报文和包含底层信息的数据结构体。

作为本发明的一种优选实施例，用户层接口模块2包括发送接口23，发送接口23用于在网络报文发送步骤中，上层软件调用用户层接口模块的发送接口23将标准以太网格式报文和为该报文指定的底层信息（包括接收端口、Qos、外层VLAN等）的数据结构体两部分数据同时发送给网卡驱动模块1。

作为本发明的一种优选实施例，用户层的用户层接口模块2包括注册接口21，多个上层协议进程调用注册接口21在报文类型注册与检测模块11生成一报文类型注册链表，每个结点包括一报文类型和相对应的进程ID。上层协议进程调用注册接口21向报文类型注册链表添加网络报文的报文类型和进程标识，以开启网卡驱动模块1对报文类型注册与检测模块11的调用。

由于报文类型注册链表上各结点为上层软件调用用户层接口模块的注册接口产生，网卡驱动模块1中的报文类型注册与检测模块通过报文类型来识别接收到的网络报文，进行报文类型注册链表检查，检查该报文类型是否存在已注册的用户层进程。

用户层的用户层接口模块2还可以包括注销接口24，当上层协议进程退出或不再处理一种报文类型时，上层协议进程调用注销接口24向网卡驱动模块1注销报文类型，使得报文类型和进程ID从报文类型注册链表中删除，关闭网卡驱动模块1对报文类型注册与检测模块11的调用。

本发明的上层应用注册之后即可调用基于netlink套接字的接收端口14或发送端口13进行网络报文的收发处理，当上层协议进程退出或不再处理该类型的报文时，需要调用注销接口向网卡驱动模块模块注销其报文类型，以此减少网卡驱动模块不必要的操作。

作为本发明的一种优选实施例，内核层的网卡驱动模块1还包括厂商标识重组模块15，用于将从用户层接收到的底层信息转换成厂商标识，并将厂商标识插入到从用户层接收到的网络报文。

网卡驱动模块1通过netlink套接字的接收端口14得到用户层接口模块2的发送接口发送的两部分数据后再递交至厂商标识重组模块15进行报文重组；厂商标识重组模块15将上层软件指定的数据结构体依据芯片厂商的标准转换为字节型的厂商标识，再把厂商标识插入到标准格式的报文之中，然后通过DMA控制器发送出去。

本发明针对二层协议在Linux系统上的开发，提供了一种更高效合理的处理方法。基于netlink套接字进行研究开发，分离二层协议报文在网卡驱动模块1与用户层接口模块2之间的通道，减小了为获取报文底层信息而给网络协议栈带来的影响；同时采用注册式/注销式的方法进行开发处理来开启/关闭协议报文的接收过程使底层驱动与上层应用之间的耦合性更好，即能简化上层应用的开发，也能避免软件上的空操作所带来的CPU资源浪费，该发明具有更稳定、更效率、更易于使用和移植等优点。对于关注底层信息的上层协议进程，可以以注册方式来获取该协议报文的底层信息，而对于不需要关注底层信息的网络协议，则仍可以通过常规的网络协议处理方法来收发其协议报文；即能实时的获取网络报文附带的底层信息（如接收端口，Qos等），又不会影响依赖于操作系统网络协议栈的其它协议及应用的正常工作；使上层软件开发人员不再需要关注报文中厂商标识所带来的影响，同时也最大限度的简化了二层协议的开发过程。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种网络报文处理方法，包括网络报文接收步骤和网络报文发送步骤，其特征在于，

所述网络报文接收步骤包括：

网卡驱动模块从DMA接收网络报文；

当从DMA接收到的报文类型存在已注册进程，解析和移除从DMA接收到的网络报文中的厂商标识；

将从DMA接收到网络报文的厂商标识的解析结果和经移除厂商标识的网络报文发送至用户层。

2.根据权利要求1所述的网络报文处理方法，其特征在于，当从DMA接收到的报文类型存在已注册进程，解析和移除从DMA接收到的网络报文中的厂商标识，具体是：

检查从DMA接收到的报文类型是否存在已注册进程；

当所述从DMA接收到的报文类型存在已注册进程，将从DMA接收到的报文中的厂商标识解析成上层软件所需要的数据结构体，将移除厂商标识的网络报文转换成以太网格式报文。

3.根据权利要求2所述的网络报文处理方法，其特征在于，所述将从DMA接收到的报文中的厂商标识解析成上层软件所需要的数据结构体，具体是解析报文中的厂商标识，获得所述从DMA接收到的网络报文的底层信息，将所述底层信息组合成上层软件所需要的数据结构体。

4.根据权利要求1所述的网络报文处理方法，其特征在于，所述将从DMA接收到网络报文的厂商标识的解析结果和经移除厂商标识的网络报文发送至用户层，具体是：

将从DMA接收到网络报文的厂商标识的解析结果和经移除厂商标识的网络报文组合成一个数据段；

通过netlink套接字将所述数据段发送至已注册的用户层进程。

5.根据权利要求1所述的网络报文处理方法，其特征在于，所述网络报文发送步骤包括：

接收来自用户层的网络报文和底层信息；

将底层信息转换成厂商标识；

将厂商标识插入到来自用户层的网络报文，然后发送至DMA。

6.根据权利要求1所述的网络报文处理方法，其特征在于还包括注册和注销进程步骤，具体是：

注册进程是指将相互对应的报文类型和进程ID加入到报文类型注册链表；

注销进程是指从报文类型注册链表删除相互对应的报文类型和进程ID。

7.一种网络报文的处理设备，其特征在于，用于实施权利要求1至6任意一项所述的方法，包括内核层的网卡驱动模块，所述内核层的网卡驱动模块包括：

报文类型注册与检测模块，用于注册和注销进程、检查从DMA接收到的报文类型是否存在已注册进程；

厂商标识解析模块，用于将从DMA接收到的报文中的厂商标识解析成上层软件所需要的数据结构体；

与用户层通信接口，用于网卡驱动模块与用户层的数据传输。

8.根据权利要求7所述的网络报文的处理设备，其特征在于，所述内核层的网卡驱动模块还包括厂商标识重组模块，用于将从用户层接收到的底层信息转换成厂商标识，并将厂商标识插入到从用户层接收到的网络报文。

9.根据权利要求7所述的网络报文的处理设备，其特征在于，所述与用户层通信接口用以从用户层接收或发送netlink套接字。